ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LA PROPAGACIÓNDE ONDAS DECIMÉTRICAS EN DIFERENTES MEDIOS

I7. ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LA PROPAGACIÓNDE ONDAS DECIMÉTRICAS EN DIFERENTES MEDIOS[pic 2]

Eduardo Luis Mancilla Amaya. Ingeniería Civil.

Trino Javier Carreño Ballesteros. Ingeniería Química.

Miguel Santiago Quiroga Oviedo. Ingeniería Química.

“Si he hecho descubrimientos invaluables, es por tener paciencia más que otro talento.”

Isaac Newton.

RESUMEN

Cualquier transmisión tanto de radio como de televisión se hace a través de las denominadas ondas electromagnéticas. Este tipo de ondas se caracterizan porque están formadas, como su nombre indica por la conjunción de un campo eléctrico y otro magnético. La unión de estos campos es la que permite que este tipo de ondas se pueda transmitir por el espacio. Este tipo de ondas se propaga por el espacio (independientemente de cuál sea su frecuencia) a la velocidad de la luz. En el presente informe de laboratorio, se genera una descripción de los hechos ocurridos en el experimento realizado, en donde se estudió la generación, propagación y polarización de las ondas decimétricas. Y, además, se desarrolló un análisis de las ondas electromagnéticas generadas en la Línea de Lecher.

INSTRODUCIÓN

En un conductor rectilíneo se pueden excitar oscilaciones electromagnéticas tal como sucede en un circuito oscilatorio. Tales osciladores emiten ondas electromagnéticas, en donde la intensidad irradiada es máxima cuando la longitud del conductor justo corresponde a media longitud de onda (aquí se habla de un dipolo λ/2). Los experimentos sobre este tema dan muy buenos resultados con longitudes de onda en el rango decimétrico. La detección de tales ondas decimétricas se consigue con un segundo dipolo, cuya longitud es igualmente λ/2 y cuya tensión es aplicada a una lámpara incandescente o a un instrumento de medición a través de un rectificador de alta frecuencia. Por otra parte, E. Lecher (1890) propuso la utilización de la transmisión dirigida de ondas electromagnéticas mediante dos hilos paralelos. Con tal línea de Lecher es posible guiar ondas electromagnéticas hacia un lugar cualquiera en el espacio. Estas se miden a lo largo de la línea como una tensión que se propaga en forma de onda U(x, t) o como corriente I(x, t).

Las ondas electromagnéticas también pueden propagarse en materiales dieléctricos. Sin embargo, su velocidad de fase (Vo = λf) es menos que en el vacío (ε = 1), y es una función de la constante dieléctrica. Se puede decir que:

[pic 3]

C0: Velocidad de la luz en el vacío.

Como las moléculas de agua tienen un momento dipolar permanente, la constante dieléctrica ε de agua es alta. En contraste, se puede asumir la constante dieléctrica de aire como 1 como una aproximación suficientemente cercana. Como la frecuencia permanece constante en cada caso, la longitud de onda de las ondas electromagnéticas en el agua se acorta considerablemente comparada a la propagación en el aire. Entonces:

[pic 4]

λ1: Longitud de onda en el agua, λ0: Longitud de onda en el aire.

Este experimento demuestra este fenómeno de contracción usando ondas decimétricas (UHF, ν = 433.92 MHz) con la ayuda de dos antenas dipolares de longitudes diferentes. Aquí, la absorción de las ondas decimétricas por los dos dipolos se observa en el aire y en el agua. La condición para la absorción resonante es:

[pic 5]

Las longitudes s de los dos dipolos han sido igualadas en el experimento tal que la absorción resonante de las ondas electromagnéticas ocurrirá en uno de los dos, dependiendo del medio de propagación respectivo. Esto permite estimar la longitud de onda λ de las ondas decimétricas en ambos en el aire y en el agua.

METODOLOGÍA

El desarrollo del proyecto de investigación se realizó en tres fases metodológicas en las cuales se recolectaron datos para su posterior procesamiento.

Primera Fase: En esta fase se observa la propagación de ondas decimétricas generadas por una antena dipolar, para analizar su polarización.

[pic 6]Figura 1. Arreglo experimental para el estudio de la características de radiación y polarización por medio del dipolo receptor con la lámpara (izquierda) o el dipolo receptor con diodo.

• Primero: Se conectó una espira dipolo en el generador UHF.
• Segundo: Se colocó el dispositivo receptor en las posiciones predeterminadas.
• Tercero: Toma de datos de acuerdo con lo observado.
• Cuarto: Se acopló un voltímetro al receptor para encontrar la posición en la cual la señal posee mayor intensidad.

Segunda Fase: Se formaron las ondas estacionarias en la Línea de Lecher para determinar algunas de sus características.

[pic 7]Figura 2. Arreglo experimental para la detección de los máximos y mínimos de corriente (izquierda) y para la detección de los máximos y mínimos de voltaje (derecha).

• Primero: Se desplazó un bombillo sobre el montaje de línea abierta para encontrar máximos y mínimos. Y con esto determinar la posición de los nodos y antinodos de la onda de campo eléctrico.
• Segundo: Se realizó un procedimiento parecido al del primer inciso, pero en esta ocasión el bombillo estaba acoplado a una espira de inducción. Esto para encontrar los nodos y antinodos de la onda de campo magnético.
• Tercero: Se repitió el procedimiento de los dos primeros incisos, sin embargo, el montaje se cambió por uno de línea cerrada (corto circuito).

Tercera Fase: Se analizó la refracción de las ondas decimétricas en el agua.

[pic 8]                Figura 3. Arreglo experimental para estimar la constante dieléctrica del agua en el rango de la onda decimétrica.

• Primero: Se realizó la medición de las antenas y del espacio entre ellas.
• Segundo: Se acercó un generador UHF al recipiente que contiene las antenas (las cuales tenía un bombillo acoplado) y se llenó de agua el recipiente hasta cubrir las dos antenas y se tomó apuntes de lo que ocurrió al momento de cubrir la primera antena y después lo que ocurrió al cubrir la segunda.

TRATAMIENTO DE DATOS

Tabla 1. Polarización de ondas decimétricas.

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